Los fotones individuales no pueden describirse como ‘energía térmica’. Este es un problema semántico. Sin embargo, es importante.
La ‘energía térmica’ no existe a escala de partículas individuales. A escala atómica, la energía térmica no existe. Cualquier definición de “calor” en la escala de átomos y fotones individuales El calor debe definirse en términos de la distribución estadística de estados en la escala de átomos y fotones individuales.
El uso coloquial de la palabra ‘calor’ es un poco ambiguo. Los profesores de ciencias en la escuela secundaria generalmente enseñan termodinámica de una manera muy tosca. Hacen lo mejor que pueden. Sin embargo, los maestros no pueden saberlo todo. Incluso si lo hicieran, los conceptos abstractos tienen que esperar hasta la pubertad. A los niños se les debe enseñar aproximaciones concretas antes de que aprendan abstracciones formales. Entonces, la educación científica temprana contiene algunas ambigüedades sin importar lo que el maestro sepa.
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Es engañoso decir que ‘algunas formas de energía se convierten en calor’ porque no hay un solo tipo de energía que se aplique a las partículas individuales. También es engañoso decir que el calor es “el movimiento de los átomos” o que el calor es “radiación infrarroja”.
En general, los físicos hablan del movimiento aleatorio de los átomos como ‘energía interna’. Sin embargo, la parte difícil es la palabra ‘aleatorio’. Una bala puede estar helada incluso cuando se mueve más rápido que la velocidad del sonido. La energía cinética de esa bala no es aleatoria, por lo que no es ‘calor’.
La termodinámica es el estudio del calor. Cuando un físico habla de “calor”, habla de entropía. La entropía no es lo mismo que la energía. Tiene diferentes unidades y diferentes comportamientos que la energía.
Las leyes fundamentales de la termodinámica generalmente se expresan de una manera en que la palabra ‘calor’ significa entropía. A veces, los físicos se vuelven descuidados. Se refieren al “calor” como la energía que transporta la entropía.
La definición de entropía en una escala atómica de distancia involucra estadísticas y probabilidad. La entropía a escala macroscópica es su propia cantidad. Una heurística útil que uso es que la entropía es análoga a un gas indestructible. Esta heurística evita los problemas de lo que sucede a nivel atómico.
Un solo fotón no puede considerarse ‘energía térmica’. Sin embargo, un gran grupo de fotones puede considerarse energía térmica si sus diferentes cualidades satisfacen ciertas condiciones estadísticas. Si la luz es incoherente y la energía de los fotones satisface una Ley de Bose Einstein, el grupo de fotones puede considerarse “energía térmica”. Esta luz tiene lo que se llama un “espectro de cuerpo negro”. La energía transportada por estos fotones a escala atómica está siendo transportada por la entropía a escala macroscópica.
Hank Hill (TV: King of the Hill) se sale con la suya porque él y sus clientes saben que está hablando de ‘energía química potencial’ en propano. Sin embargo, la “energía potencial química” no es lo que un termodinámico llamaría “calor”. Hank puede estar refiriéndose a la energía que conlleva la entropía.
La ambigüedad en la descripción de los físicos del “calor” radica en la palabra “escala”. La frase ‘escala atómica’ es obviamente distinta de ‘escala macroscópica’? Sin embargo, hay muchos fenómenos complejos e interesantes que ocurren en las tierras fronterizas.
